Structure and dynamics of high-elevation mountain forest of Severo-Chuisky range (Altai Mountains)in conditions of climate change.pdf Леса высокогорий представляют собой наглядный иочень четкий ландшафтно-климатический индикатор,позволяющий делать численные оценки свойств кли-мата на основе изменения состава и структуры лесов,колебаний радиального прироста деревьев. Таксацион-ная структура древостоев, и в частности возрастная, сиспользованием дендрохронологических методов по-зволяет производить реконструкции изменений клима-тических факторов среды, которые оказывают значи-тельное влияние на рост и развитие лесов, находящих-ся в пессимальных условиях произрастания, дают воз-можность оценить тенденции и региональные особен-ности реакции лесных экосистем на глобальные клима-тические изменения [1-3].Целью настоящих исследований являлось изучениевозрастной структуры высокогорных древостоев и из-менчивости радиального прироста деревьев кедра илиственницы для оценки динамики развития лесов вусловиях изменений климата.Материалы и методыВозрастная структура лиственнично-кедровых ле-сов и временная изменчивость радиального приростадеревьев кедра и лиственницы изучались в централь-ной части Северо-Чуйского хребта на северном макро-склоне в долине р. Актру, в верхней части лесного поя-са на высотах 2 150-2 350 м над ур. м.Максимальные абсолютные высоты достигаютздесь более 4 000 м. Наивысшая точка района - г. Ак-трубаш (4 070 м). Значительные абсолютные высоты ирасположение хребта на пути влагонасыщенных воз-душных масс предопределили наличие в данном рай-оне большого массива оледенения [4].Климат этого ключевого участка может быть оха-рактеризован по данным метеостанции, расположеннойв долине р. Актру (2 150 м над ур. м.). Климат районарезкоконтинентальный. Среднегодовая температуравоздуха - 5,2aС. Средняя многолетняя температура июня+8,2aС, июля +9,5aС, августа +7,7aС, января -18,5aС.Абсолютный минимум температуры воздуха наблю-дался в феврале 1974 г. и составил -39,5°С, абсолют-ный максимум - в июле 1974 г. (+25,7°С). Сумма по-ложительных температур выше 10aС составляет 1127a.В течение всего года относительная влажность воздухав долине р. Актру велика и составляет 67% [5]. Годоваянорма осадков для станции Актру составляет 542,4 мм.Район исследований относится к Центрально-Алтай-ской котловинно-горной провинции лиственничных итемнохвойных лесов [6] и приурочен к северным скло-нам горного узла Биш-Иирду (50a05' с.ш. и 87a45' в.д.).Верхняя граница леса достигает уровня 2 300-2 400 мабсолютной высоты и представлена кедром сибирским.В верхней части горно-лесного пояса распространеныкедровые зеленомошные редколесья, а также разновоз-растные разнотравно-зеленомошные кедровые и лист-веннично-кедровые леса. На лесных участках, прой-денных пожарами, произрастают средневозрастныелиственничные и кедрово-лиственничные леса. В до-лине реки на флювиогляциальных отложениях развитымолодые лиственничники [7].Таксационное строение древостоев изучали на по-стоянных пробных площадях с учетом рекомендаций[8]. Основными задачами при исследовании возрастнойструктуры древостоев являлись изучение возрастногосостава популяций, выделение поколений, анализ ихвозрастной структуры и возрастной структуры древо-стоя в целом.На пробных площадях производился сплошной пе-речет деревьев. При перечете древостой (любого по-родного состава) делился на возрастные поколения.Вся дальнейшая обработка материала велась по выде-ленным поколениям и по древостою в целом. Разбие-ние древостоев на возрастные категории (поколения) иопределение типов возрастной структуры высокогор-ных лесов производились по классификации И.В. Се-мечкина [9] с учетом значений коэффициента вариациипо возрасту.Образцами для анализа возрастной структуры служи-ли керны, взятые с помощью возрастного бурава, пре-имущественно по каждой ступени толщины и отдельнопо возрастным поколениям. Для деревьев с гнилью вно-силась возрастная поправка на величину гнили [10].В результате обработки собранного материала былиполучены суммы площадей сечений, среднеквадрати-ческие и среднеарифметические диаметры dm, графиче-ски вычисленные средние высоты hm и возраста Аm,вычислены статистические показатели рядов распреде-ления деревьев по основным таксационным признакам:дисперсия, - среднее квадратическое, или основное,отклонение; m - средняя ошибка средней арифметиче-ской величины и m - средняя ошибка среднеквадра-тического отклонения; v - коэффициент вариации (из-менчивости); - показатель точности наблюдения; A -мера косости (асимметрия), E - мера крутости (экс-цесс) и их ошибки. Данные расчеты производились сиспользованием программ Microsoft Excel for Windowsи Statistica for Windows v.5.5.Для построения древесно-кольцевых хронологийизмерялась ширина древесных колец с помощью изме-рительного комплекса LINTAB с пакетом компьютер-ных программ TSAP [11] с точностью до 0,01 мм. По-сле получения индивидуальных древесно-кольцевыхсерий проводилось их перекрестное датирование с по-мощью сочетания кросскорреляционного анализа [12]и графической перекрестной датировки [13], а такжеиндексирование полученных хронологий для удалениявозрастного тренда прироста деревьев с помощью спе-циализированного пакета программ для дендрохроно-логических исследований DPL [12].Для каждого индивидуального ряда и обобщенныххронологий рассчитывались основные статистическиехарактеристики: коэффициенты чувствительности, кор-реляции, синхронности, стандартное отклонение, авто-корреляция первого порядка. Эти процедуры выполня-лись с помощью вышеупомянутых компьютерных про-грамм, а также пакета Statistica for Windows v.5.5.Результаты и обсуждениеОтносительно сомкнутые древостои верхней грани-цы леса в горно-ледниковом бассейне р. Актру распо-ложены на абсолютной высоте 2 350 м. Данные лесныеучастки представлены зеленомошно-шикшевыми под-гольцовыми кедровыми редколесьями IV класса воз-раста (для упрощения сравнительного анализа возрас-тной структуры древостоев класс возраста принят два-дцатилетним для всех рассматриваемых хвойных по-род), Vа,5 класса бонитета. Абсолютная полнота -3,3 м2/га, запас - 10,4 м3/га.Ниже границы леса произрастают старые разно-травно-зеленомошные кедровники Vб бонитета,XVIII класса возраста. На этих же высотах по северо-западным склонам небольшими участками встречаютсямолодые кедрово-лиственничные леса V класса возрас-та, V бонитета с участием в составе насаждения кедрадо 15%.Верхняя часть лесного пояса на абсолютной высотедо 2 200 м представлена зеленомошно-лишайниковымиили разнотравно-зеленомошными лиственнично-кедро-выми лесами V,7-V,8 бонитета, X-XIV классов возрас-та, абсолютная полнота 21,6-26,5 м2/га. Участие лист-венницы в составе - от 10% до 26% по запасу. Классвозраста лиственничной части древостоя XVIII-XIX,бонитет от IV и ниже.С некоторым понижением абсолютной высоты до2 150-2 100 м коренные старовозрастные леса сменя-ются более молодыми лесами послепожарного проис-хождения VI класса возраста и V класса бонитета. Тутзлаково-разнотравные лиственнично-кедровые насаж-дения характеризуются равным участием обеих породв составе. Абсолютная полнота кедровой части древо-стоя - 14,5 м2/га, лиственничной - 10,4 м2/га. По мерепродвижения по долине вниз кедр начинает уступатьсвои позиции лиственнице.Чистые средневозрастные лиственничные разно-травно-осоково-злаковые леса в пределах этих же аб-солютных высот представлены древостоями IV боните-та, IX класса возраста, абсолютная полнота - 24,5 м2/га,относительная - 0,75, запас - 335 м3/га. Подрост в ос-новном кедровый. Молодые лиственничные леса -III,5 бонитета, III-IV классов возраста, произрастаютна флювиогляциальных отложениях в долине р. Актру.Чтобы оценить степень влияния климатическойсоставляющей на радиальный рост деревьев и форми-рование высокогорных древостоев, были построеныряды радиального прироста по кедру длительностью515 лет (рис. 1, а) и лиственнице длительностью 525 лет(рис. 1, б).Среднеквадратическое отклонение как индивиду-альных, так и обобщенных серий варьирует от 0,39 до0,22 по кедру и 0,3-0,32 по лиственнице, коэффициентчувствительности 0,16-0,13 и 0,26-0,16 соответствен-но. Остаточные хронологии имеют меньшее значениедисперсии: от 0,18 до 0,14 по кедру и 0,28-0,18 по ли-ственнице, и более высокое значение коэффициентачувствительности: 0,19-0,16 и 0,31-0,191 соответст-венно. При сравнении индивидуальных серий из раз-ных местообитаний варьирование коэффициента кор-реляции составило 0,35-0,72, межсерийный коэффици-ент корреляции внутри индивидуальных серий 0,57.Синхронность серий средняя (0,69).Для выяснения влияния факторов климатическойприроды обобщенные хронологии сравнивались с по-годичными среднемесячными климатическими харак-теристиками метеостанции Актру (2 150 м над ур. м.)за период с 1958 по 1994 г. Наибольшую положи-тельную связь с индексами прироста имеют весенне-летние температуры. Коэффициент корреляции стемпературой мая +0,55, июня и июля +0,50. Отрица-тельная зависимость наблюдается с осадками июня(-0,34). Изменчивость прироста, объясняемая клима-том, достаточно высокая. Высокая и значимая связьмежду весенне-летней температурой и индексамиприроста позволила использовать их для расчета мо-дели реконструкции средней температуры с мая поиюль (рис. 1, в).В длительно-временных изменениях ширины годич-ных колец прослеживаются общие тенденции увеличе-ния и снижения роста деревьев кедра и лиственницы.Наиболее выраженные периоды повышения индексовприроста наблюдаются в середине XVI в., начале и концеXVII в., в середине первой половины XVIII в., на рубежеXVIII и XIX вв., в конце XIX и XX вв. Общие снижениярадиального прироста наблюдаются в начале и концеXVI в., середине первой половины XVII в. и на рубежеXVII-XVIII вв., в середине первой половины XIX в., вначале и середине второй половины XX столетия.Основные периоды увеличения прироста совпадаютс временными интервалами формирования обособлен-ных возрастных групп деревьев кедра (рис. 1, г). Пе-риоды формирования возрастных поколений с подав-ляющим большинством деревьев близкого возрастапри таксации древостоев верхней части лесного поясабыли определены в интервалах 1550-1613 гг. (I поко-ление), 1654-1732 гг. (II поколение) и 1835-1910 гг.(III поколение). Возрастной диапазон деревьев внутрипоколений составил 63, 78 и 75 лет соответственно.050100500 400 300 200 100 0Возраст, лет050100500 400 300 200 100 0Диаметр, см050100550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 089101450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000Годыt, 0С0,211450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000ГодыИндексы приростаЛиственница0,511450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000ГодыИндексы приростаКедрРис. 1. Обобщенные хронологии кедра (а) и лиственницы (б), реконструированная кривая изменчивостисредних май-июньских температур (в) и возрастные группы деревьев (г) древостоев верхней части лесного пояса долины р. АктруПериод с наименьшим сохранением подроста, кото-рый в дальнейшем мог бы сформировать группы деревь-ев сходного возраста, наблюдается на рубеже XVIII-XIX вв. В результате период разрыва между основнымивозрастными группами деревьев составил около 100 лет.Разрыв между первым и вторым поколениями составля-ет менее 40 лет и на графике практически не отражается.Единичные деревья, представляющие собой остаткиразрушенного материнского полога, представлены эк-земплярами 500- и 550-летнего возраста. Формирую-щиеся молодые поколения кедра (жизнеспособный под-рост, располагающийся под пологом и в окнах основно-го древостоя) представлены деревьями со средним воз-растом порядка 50 лет.Анализ возрастной структуры исследуемых лесов иизменчивость радиального прироста деревьев показали,что увеличение прироста в период 1550-1575 гг. соотно-сится с появлением групп деревьев на всех лесных уча-стках верхней части лесного пояса долины. Увеличениетемпературы весенне-летних месяцев в начале XVII в.привело к возникновению близкой по возрасту группыдеревьев, но на сегодняшний день сохранившиеся участ-ки старовозрастных лесов, не пройденных пожарами,встречены только на крайних высотных отметках (2 300-21 50 м над ур. м.). Следующая немногочисленная воз-растная группа, отнесенная ко второму возрастному по-колению, соответствует периоду увеличения прироста1650-1670 гг., а в начале XVIII в. с наблюдаемым значи-тельным увеличением прироста соотносятся и значи-тельные группы деревьев близкого возраста в лесах, рас-положенных на разных высотных уровнях. Увеличениеприроста деревьев как следствие улучшения климатиче-ских условий произрастания с 1835 г. вплоть до оконча-ния XVIII столетия привело к образованию значительно-го количества близких по возрасту деревьев кедра в ин-тервале 1835-1863 гг. и в период с 1875 по 1910 г., отне-сенных в нашем случае к третьему возрастному поколе-нию. При сохранении положительных тенденций в раз-витии исследуемых высокогорных лесов под пологом и вокнах древостоев на границе леса и в верхней части лес-ного пояса возможно формирование молодого поколениякедра из подроста, появившегося в период с 1942 по1964 г. В настоящее время в районе исследований на-блюдается активное возобновление кедра.Сходные периоды формирования поколений в лес-ных массивах на разных высотных уровнях (2 150-2 350 м над ур. м.), длительные разрывы в последую-щих генерациях элементов леса, другие циклическиеизменения в строении древостоев еще раз доказываютважное значение климатической составляющей (суммаэффективных температур, продолжительность вегета-ционного сезона, резкие изменения элементов погоды всравнительно короткие периоды времени, сильный ве-тер, режим снегонакопления, поздневесенние и ранне-летние заморозки) в распределении, росте и развитиидревостоев в высокогорьях Северо-Чуйского хребта.Немаловажное значение в развитии данных лесов име-ет и рельеф местности (его форма, экспозиция, крутиз-на и т.п.), что часто служит естественной преградойпри разрушительных пожарах.Выводы1. Верхняя граница леса в районе исследования дос-тигает высоты более 2 350 м и представлена ступенча-то-разновозрастными кедровыми редколесьями IV-V классов возраста, состоящими из двух поколений:основного - условно-одновозрастного - и более моло-дого - условно-разновозрастного.2. В верхней части лесного пояса Северо-Чуйскогохребта преобладают смешанные лиственнично-кедро-вые ступенчато-разновозрастные леса с участием в со-ставе лиственницы до 26% по запасу. Возрастные ин-тервалы поколений обеих пород сходны. Насаждения спреобладанием лиственницы встречаются с абсолют-ной высоты 2100 м, древостои средневозрастные, по-слепожарного происхождения.3. По мере снижения абсолютной высоты наблюда-ется увеличение средних диаметров и высот элементовлеса, строение кедровых лесов усложняется, амплитудаосновных таксационных параметров увеличивается,достигая максимума в древостоях верхней части лесно-го пояса. По мере дальнейшего снижения абсолютнойвысоты вновь происходит упрощение возрастнойструктуры кедровых древостоев, уменьшаются значе-ния таксационных показателей.4. В длительно-временных изменениях ширины го-дичных колец прослеживаются общие тенденции уве-личения и снижения прироста. Основные периоды уве-личения прироста совпадают с временными интерва-лами формирования обособленных возрастных группдеревьев. Периоды формирования поколений, длитель-ные разрывы в последующих генерациях, другие цик-лические изменения в строении древостоев показываютналичие значительного влияния климатического фак-тора в формировании высокогорных лесов.

Скачать электронную версию публикации